一种钛合金后底座的校型方法及校型工装与流程

1.本发明属于钛合金加工技术领域，具体涉及一种钛合金后底座的校型方法及校型工装。


背景技术：

2.钛合金因具有比强度高、耐热性能良好、耐低温性能良好以及耐腐蚀性能优异等特点而广泛应用于航天、航空发动机供液领域。钛合金后底座为航天发动机结构件，其为采用钛合金铸造成型的简单铸件，该铸件最小壁厚为3mm、大端圆环壁厚为6mm、外径尺寸为500mm以上，铸件大端圆环轮廓尺寸比较大同时铸件的壁厚差异比较大，由于铸造应力等因素的影响，铸件大端圆环非常容易变形；铸件小端圆环壁厚20mm以上，圆环外径小于100mm，小端圆环外景比较小，壁厚尺寸大，抗变形能力强，圆环不容易成型；铸件大端圆环外圆和小端圆环内孔同轴要求比较高，均为单边加工区域，变形量大的铸件无法保证加工量和铸件壁厚，铸件大端圆环局部因为变形导致加工后存在漏黑皮现象。
3.现有技术中，针对钛合金环形件的校型方法主要采用热蠕变校型，热蠕变校型模具材料采用耐热钢和石墨，在真空炉内加热到900度以上，上模放入重物，在重力作用下铸件产生蠕变达到铸件要求的尺寸和形状。校型设备和校型材料要求比较高，校型过程中无法精准的调节铸件的变形尺寸，铸件的同轴度尺寸要求无法保障。由于铸件表面的α层脆硬相没有去除，在校型产生的内应力的作用下会导致铸件表面产生裂纹缺陷，修复缺陷会造成铸件一定程度的报废。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种钛合金后底座的校型方法及校型工装，以至少解决部分上述技术问题。
5.本发明第一方面提供了一种钛合金后底座铸件的校型工装，包括：
6.中心定位筒，所述中心定位筒的内外圆周同轴设置；
7.环形校型块，所述环形校型块套接于所述中心定位筒的一端，且所述环形校型块上设有多个径向的通孔；
8.调节组件，包括校型螺栓和锁紧螺母，所述校型螺栓插装于所述通孔中，所述锁紧螺母套接于所述校型螺栓上，适于调节所述校型螺栓的深度。
9.进一步的，本发明提供的钛合金后底座铸件的校型工装还可具有如下附加技术特征：
10.在本发明的一个具体实施方式中，还包括多个加强筋，多个加强筋沿所述中心定位筒的径向均匀分布，且一端连接于所述中心定位筒的外壁，另一端连接于所述环形校型块的内壁。
11.在本发明的一个具体实施方式中，所述中心定位筒、环形校型块和所述加强筋均采用45号钢制成。
12.在本发明的一个具体实施方式中，所述环形校型块上均匀布设9个通孔，每个所述通孔上插设一个所述校型螺栓。
13.本发明另一方面还提供了一种钛合金后底座铸件的校型方法，所述钛合金后底座的铸件包括大端圆环、小端圆环以及连接所述大端圆环和所述小端圆环的壳体，所述校型方法包括以下步骤：
14.铸件酸洗：采用酸性溶液对铸件进行酸洗以去除所述铸件的表面α层；
15.铸件粗基准加工：对所述小端圆环的内孔进行粗加工，形成基准孔；
16.铸件校型：取上述任意一项所述的校型工装，并使所述校型工装的中心定位筒与所述铸件的基准孔呈同直径的基孔制配合，再调节所述锁紧螺母驱动所述校型螺栓对大端圆环进行校型；
17.铸件去应力退火：将铸件与校型工装置于加热装置内并用钛屑包裹，加热到500～550℃，保温1～2小时再冷却至室温；取出铸件与校型工装并拆除校型工装，得到校型后的钛合金后底座。
18.进一步的，本发明提供的钛合金后底座铸件的校型方法还可具有如下附加技术特征：
19.本发明一个具体实施方式中，铸件酸洗步骤中，根据金相法判断铸件表面α层的厚度，根据表面α层的厚度确定铸件的酸洗去除量，所述酸洗去除量为表面α层厚度的1.2-1.5倍。
20.本发明一个具体实施方式中，铸件酸洗步骤中，采用氢氟酸、硝酸和去离子水混合制成酸性溶液。
21.本发明一个具体实施方式中，铸件校型步骤中调节所述锁紧螺母驱动所述校型螺栓对大端圆环进行校型包括：
22.通过测量获取铸件在校型螺栓的轴向方向上的变形方向；
23.通过锁紧螺母调节铸件向内变形区域对应的校型螺栓以对大端圆环形成支撑，直至铸件在对应位置处的大端圆环与理论位置一致；
24.依次调节其他位置的校型螺栓，直至铸件的大端圆环与理论位置一致。
25.本发明一个具体实施方式中，通过测量校型螺栓长度方向上中心定位筒的内圆周到铸件大端圆环外圆周的距离，并将测得的距离与理论距离相比较，根据比较结果判断铸件的变形方向、以及铸件的大端圆环是否与理论位置一致。
26.本发明一个具体实施方式中，铸件去应力退火步骤中将铸件与校型工装置于加热装置内并用钛屑包裹包括：
27.将铸件和校型工装底部铺有预设厚度钛屑的保护桶内，在铸件的四周及上部放入预设厚度的钛屑以使钛屑完全包覆所述铸件；
28.将铸件连同校型工装、保护桶置于加热装置中。
29.本技术提供的校型工装通过将中心定位筒与铸件小端圆环的基准孔配合，利用后底座铸件中小端圆环不易变形的特点将其作为校型基准，进而将基准传递至中心定位筒上，之后再利用中心定位筒中与大端圆环平齐的一端作为基准，通过调节组件调节铸件大端圆环不同区域与中心定位筒端部的距离，从而实现大端圆环的校型。且上述校型中，不仅能够精准校正大端圆环的变形尺寸，保证其圆整度，还能够保证大端圆环与小端圆环的同
轴度，进而保证校正后底座铸件的校正精度。
30.本技术提供的校型方法包括铸件酸洗、铸件粗基准加工、铸件校型和铸件去应力退火步骤，其首先通过酸洗去除铸件表面的α层，消除了因校型产生的内应力的作用导致铸件表面产生裂纹缺陷；之后通过在铸件小端圆环上形成基准孔，并利用特定结构的校型工装校型，从而在保证大端圆环圆度的同时保证大端圆环与小端圆环的同轴度；之后将铸件和校型工装置于加热装置并通过钛屑覆盖的方式加热去应力，不仅在保护铸件的同时消除了铸件的校型应力，避免了铸件重新变椭的风险，加热设备简单、效率较高，同时去应力退火温度不高，且工装和铸件均在钛屑保护下进行，能够降低对校型工装材料的限制，降低了校型工装的造价。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明中钛合金后底座一个方向上的结构示意图；
33.图2为本发明中钛合金后底座另一个方向上的结构示意图；
34.图3为本发明中钛合金后底座铸件的校型工装与钛合金后底座铸件的校型配合示意图。
35.附图标记说明：
36.10-后底座，11-小端圆环，12-大端圆环，13-基准孔；
37.21-中心定位筒，22-环形校型块，23-校型螺栓，24-锁紧螺母，25-加强筋；20-游标卡尺。
具体实施方式
38.下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
39.应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
40.尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指
出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
41.为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在
……
下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
42.如图1-2所示，本发明提供的校型工装和校型方法均用于钛合金后底座10铸件的校型，具体的，钛合金后底座10的铸件包括大端圆环12、小端圆环11以及连接大端圆环12和小端圆环11的壳体，加过时，铸件的大端圆环12会因壁厚较小而出现变形，进而影响大端圆环12和小端圆环11的同轴度。
43.如图3所示，本发明第一方面提供了一种钛合金后底座10铸件的校型工装，校型工装包括中心定位筒21、环形校型块22和调节组件，其中中心定位筒21的内外圆周同轴设置；环形校型块22套接于中心定位筒的一端，且环形校型块22上设有多个径向的通孔；调节组件包括校型螺栓23和锁紧螺母24，校型螺栓23插装于通孔中，锁紧螺母24套接于校型螺栓23上，适于调节校型螺栓23的深度。
44.中心定位筒21为截面为环形的圆筒结构，其具有一致的内径和外径，且外圆与内圆同轴设置。中心定位筒21适于与钛合金后底座10铸件小端圆环11的基准孔13适配连接，以将后底座10上的定位基准从小端圆环11的基准孔13转移至中心定位筒21的内圆上，以便于后续以中心定位筒21的内圆做基准来校正铸件的大端圆环12。为了便于后续校正，中心定位筒21的外径应与钛合金后底座10小端圆环11基准孔13的内径相同，长度英语钛合金后底座10的整体高度相同，与钛合金后底座10小端圆环11基准孔13配合时，中心定位筒21的端面与钛合金后底座10小端圆环11的端面平齐。
45.环形校型块22连接于中心定位筒21的一端，且外端面与中心定位筒21平齐，优选的，环形校型块22的内圆周、外圆周与中心定位筒21同轴设置。沿环形校型块22的周向均匀布设有多个呈放射性设置的通孔，即通孔的中心轴位于环形校型块22的径向方向上。
46.调节组件中，校型螺栓23插装于环形校型块22的通孔中，锁紧螺母24旋设于校型螺栓23上，校型过程中，插设于通孔中的校型螺栓23的一端与后底座10铸件大端圆环12的内圆抵接，另一端通过锁紧螺母24与环形校型块22的外圆抵接，通过调节锁紧螺母24，可调节大端圆环12的内圆与环形校型块22的外圆之间校型螺栓23的长度，进而实现对大端圆环12的调节。
47.本技术提供的校型工装利用后底座10铸件中小端圆环11不易变形的特点，将其作为校型基准，并通过小端圆环11与中心定位筒21的配合将基准传递至中心定位筒21上，之后可利用中心定位筒21中与大端圆环12平齐的一端作为基准，通过调节组件调节铸件大端圆环12不同区域，从而实现大端圆环12的校型。且上述校型中，不仅能够精准校正大端圆环
12的变形尺寸，保证其圆整度，还能够保证大端圆环12与小端圆环11的同轴度，进而保证校正后底座10铸件的校正精度。
48.在本发明的一个具体实施方式中，还包括多个加强筋25，多个加强筋25沿中心定位筒21的径向均匀分布，且一端连接于所述中心定位筒21的外壁，另一端连接于环形校型块22的内壁。通过加强筋25连接中心定位筒21和环形校型块22，保证了中心定位筒21和环形校型块22的连接强度。
49.在本发明的一个具体实施方式中，环形校型块22上均匀布设9个通孔，每个通孔上插设一个校型螺栓23。上述设置方式，通过设置9个校型螺栓23将铸件的大端圆环12分成9个区域，从而使每个校型螺栓23所对应的区域减小，提高对应区域的校型精度。此外，设置9个校型螺栓23使得每个校型螺栓23均与两个校型螺栓23相对设置，进而便于圆整度的调节。
50.在本发明的一个具体实施方式中，所述中心定位筒21、环形校型块22和所述加强筋25均采用45号钢制成。
51.本发明另一方面还提供了一种钛合金后底座10铸件的校型方法，所述钛合金后底座10的铸件包括大端圆环12、小端圆环11以及连接所述大端圆环12和所述小端圆环11的壳体，所述校型方法包括以下步骤：
52.铸件酸洗：采用酸性溶液对铸件进行酸洗以去除所述铸件的表面α层；
53.铸件粗基准加工：对所述小端圆环11的内孔进行粗加工，形成基准孔13；
54.铸件校型：取上述中任意一项所述的校型工装，并使所述校型工装的中心定位筒21与所述铸件的基准孔13呈同直径的基孔制配合，再调节所述锁紧螺母24驱动所述校型螺栓23对大端圆环12进行校型；
55.铸件去应力退火：将铸件与校型工装置于加热装置内并用钛屑包裹，加热到500～550℃，保温1～2小时再冷却至室温；取出铸件与校型工装并拆除校型工装，得到校型后的钛合金后底座10。
56.由于钛合金在高温下化学活性极强，尤其是在铸造及热处理过程中表面会形成α层，表面α层的硬度高、塑性低，在后续校型、补焊、加工等工序，铸件产生内应力，内应力作用于铸件的表面α层上，会导致铸件的表面产生裂纹，进而降低材料的疲劳性能、断裂性能和冲击性能，同时这种裂纹缺陷修复困难，会导致铸件的一定程度的报废。为了避免铸件在校型过程中出现因应力集中而导致铸件表面的裂纹缺陷，本技术采用酸洗法去除铸件的表面α层。
57.酸洗步骤中，首先需要确定铸件酸洗去除量的厚度，为了确保完全去除铸件的表面α层，通常将铸件酸洗去除量的厚度设定为表面α层的厚度的1.2～1.5倍。具体的，通过铸件本体取样，并采取金相法判断铸件表面α层的厚度，之后根据铸件表面α层的厚度计算得到铸件酸洗去除量。酸液采用氢氟酸、硝酸和一定比例的去离子水混合的溶液，酸洗后经过检测铸件的壁厚保证酸洗量满足设定要求。
58.后底座10铸件中，大端圆环12尺寸大而壁厚较薄，因此加工过程中非常容易变形，而小端圆环11尺寸小而壁厚较大，因此抗变形能力强，不容易变形。因此，为了保证校型过程中，铸件大端圆环12外圆和小端圆环11内孔的同轴要求，可以以小端圆环11作为基准来校正大端圆环12。具体的，采用车床对后底座10小端圆环11的内孔进行粗加工，形成基准孔
13。粗加工过程中，小端圆环11内孔的单边去除量在1mm左右。
59.铸件校型步骤中，选择中心定位筒21外径与小端圆环11基准孔13孔径相同、且中心定位筒21高度与后底座10高度相同的校正工装，之后采用基孔制配合将中心定位筒21的一端与铸件小端圆环11的基准孔13配合安装，以使中心定位筒21中套装有环形校正块的一端位于铸件的内部并与大端圆环12平齐。
60.之后采用扳手旋转调节紧贴环形校型块22外圆端面的锁紧螺母24，并通过锁紧螺母24的转动带动校型螺栓23轴向运动，直至校型螺栓23端面距离后底座10大端圆环12内壁的距离在2mm左右。
61.之后采用数显游标卡尺20分别沿校型螺栓23轴向测量中心定位筒21内壁与后底座10大端圆环12外圆的距离并记录，然后和铸件理论距离尺寸比较，小于理论距离尺寸的则说明铸件该区域向铸件中心方向变形，大于理论距离尺寸的则说明铸件该区域向铸件中心反方向变形。
62.根据上述判断调节锁紧螺母24，具体的，首先校型向铸件中心方向变形量大的区域，沿校型螺栓23轴向把数显游标卡尺30的固定卡脚贴紧铸件大端圆环12外圆、活动卡脚贴紧中心定位筒21内壁预锁紧，旋转调节锁紧螺母24通过螺母的转动带动校型螺栓23轴向运动，校型螺栓23首先接触铸件大端圆环12内壁，继续旋转调节锁紧螺母24对变形区域进行支撑，当数显游标卡尺30的显示尺寸和铸件理论距离尺寸一致，停止旋转调节锁紧螺母24。然后按照此方案，根据变形量的大小，依次分别调整向铸件中心方向变形的其他区域；向铸件中心反方向变形的区域，因为铸件向中心变形的区域被撑开，反向变形区域内收，分别检测校型螺栓23轴向对应的距离是否和理论距离尺寸一致，若一致旋转调节锁紧螺母24使校型螺栓23和大端圆环12内壁接触，形成支撑，完成校型，若和理论距离尺寸存在偏差，继续调整直至尺寸符合图纸要求。
63.校型之后，还需要进行铸件去应力退火步骤。铸件在校型过程中，产生了内应力，如果不消除内应力，校型后的铸件，回弹力比较大，在去除校型工装的约束后，重新变回椭圆形；常规的去应力退火一般在真空炉内进行，设备要求复杂，效率比较低；为了提升铸件的效率，同时避免在铸件加热退火过程铸件表面产生氧化层，铸件和约束校型工装一起，放置在圆桶内，圆桶底部放入干净的钛屑，铸件的四周及上部均放入钛屑，钛屑的厚度在30mm以上，铸件完全被钛屑覆盖，避免铸件的氧化。将铸件连同工装及保护桶装入箱式电阻炉内，加热到500～550度保温1～2小时，自然冷却到室温。由于消除了校型应力，去除校型工装，经过检测，铸件的尺寸符合图纸要求。吹砂后的铸件，经过荧光检测，铸件表面没有产生裂纹缺陷。同时由于去应力退火温度不高，且工装和铸件均在钛屑保护下进行，校型工装材料采用45号钢即可，具有良好的强韧性和一定的耐磨性，价格便宜，满足工装使用要求。
64.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。